面向溶液工藝器件的光電功能納米材料合成與性能調控.pdf

1、光電器件與我們的日常生活密切相關，在電腦、手機、家用電器等領域具有廣泛的應用。隨著社會的發(fā)展，常規(guī)的光電器件已經不能滿足社會的需求，需要對其進行更新和升級。目前，溶液工藝制備的納米材料光電器件不但具有組裝器件靈活性高、成本低等特點，而且與當前社會發(fā)展低消耗相一致。另外，溶液工藝還能夠用來制備大面積、柔性、可伸縮的光電器件，滿足在電子皮膚、智能窗、機器人、柔性顯示等特定場合的需求。本文主要集中于納米材料的可控合成與光電性能調控，并通過溶液

2、工藝組裝成各種光電器件。主要創(chuàng)新研究成果如下：
　　1）透明導電氧化物（TCO）納米晶墨水基透明電極。針對目前溶液工藝制備（如熱注入法）透明導電氧化物納米晶具有對注入過程非常敏感，不易控制和量產化等局限，我們提出了簡單、易操作、通用、易擴大生產的一鍋方法制備TCO納米晶。所制備的納米晶能夠分散在各種有機溶劑中形成高穩(wěn)定性的墨水，穩(wěn)定性可達1年。制備過程中采用了一種廉價的長烷鏈醇（十二醇），而不是熱注入法常用昂貴的1,2-十六烷二醇

3、。此制備方法具有普適性，不僅能夠用來制備TCO納米晶，而且還可以用來制備Fe3O4、CoO、MnO、CdO等納米晶。TCO納米晶因具有形貌均勻、尺寸分布窄、有效摻雜、膠體穩(wěn)定性好等特點，從而可以作為墨水制備平滑、無裂紋、高透明和導電的薄膜。尤其是銦錫氧化物（ITO）納米晶薄膜展現(xiàn)出87％的透過率和110Ω/sq的方塊電阻，在各種溶液工藝光電器件中具有潛在的應用價值。通過調控參數，合成出不同形貌（球形、近三角狀、三臂枝化狀、四臂枝化狀）的

4、ITO納米晶，并且展現(xiàn)出不同的局域表面等離子體共振（LSPR）性能，獲得了形貌依賴的LSPR。單分散的球形顆粒在波長為1606nm處出現(xiàn)一個窄的LSPR峰。隨著各向異性生長，納米晶在長波長范圍出現(xiàn)了第二個峰，這主要是由于納米晶核和臂端的多重模式造成的。ITO納米晶形狀依賴的LSPR有助于加深對TCO納米晶LSPR的理解和認識，拓展其在表面等離子體領域中的應用。
　　2）高穩(wěn)定性的Cu@Cu-Ni納米線彈性體復合材料電極。采用一鍋加

5、熱CuCl2和Ni(acac)2的油胺溶液制備Cu@Cu-Ni納米線。納米線具有高質量的結晶殼層、清晰的界面、光滑的表面等特點。通過抽濾的方法獲得Cu納米線薄膜，進而轉移到PDMS襯底上，形成納米線彈性體。與商業(yè)化的柔性PET/ITO襯底相比，納米線彈性體展現(xiàn)出更優(yōu)異的光電性能和穩(wěn)定性，如在透過率為80%時，彈性體的方塊電阻為62.4Ω/sq，同時又具有抗氧化能力，抗彎曲、拉伸、扭轉能力。通過估算，Cu@Cu-Ni納米線彈性體復合材料的

6、壽命約為1200天，能夠滿足各種產業(yè)化的需求。在各種彎曲（扭轉、拉伸等）情況下，Cu@Cu-Ni納米線彈性體復合材料電極，能夠很好地點亮OLED器件。另外，采用全溶液工藝成功制備了全納米線電極的柔性PLED（Cu納米線/PEDOT:PSS/Polymer/PFN/Ag納米線），器件展現(xiàn)出非常好的柔韌性。由于Cu的功函數為4.7eV，比Ag納米線更適合作為PLED等光電器件的陽極。
　　3）低成本溶液工藝Ag2S納米晶墨水的柔性阻變

7、存儲器。首先，通過簡單的方法制備了尺寸約為10nm的單分散Ag2S納米晶。納米晶能夠分散在各種有機溶劑中，形成穩(wěn)定長達1年的墨水。納米晶具有很好的成膜性，可以通過滴涂、旋涂、液-液界面等溶液工藝組裝成高質量的納米晶薄膜。隨后組裝了PET/ITO/Ag2S:PMMA/Ag柔性阻變存儲器。該器件表現(xiàn)出低的SET/RESET電壓（+1.03V/-1.06V）、良好的可柔性、優(yōu)異的數據保持性（>104s）和耐疲勞特性（>100次）。溶液工藝的A

8、g2S納米晶阻變存儲器與產業(yè)化的噴墨印刷、roll-to-roll技術相兼容，將具有一定的實際應用價值。
　　4）溶液工藝高效可轉移的ZnO納米線-on-納米片場發(fā)射體。通過化學氣相沉積法（CVD）在微尺度ZnO納米片襯底的中心高選擇性地外延生長了單根ZnO納米線。納米線與納米片之間陡峭的高質量界面，有利于提高其場發(fā)射性能。同時，納米結構本身自由站立的特性，使其在轉移過程中能夠保持很好的陣列和垂直性。通過滴涂納米結構ZnO納米線外